Простые детали мышиных сновидений расшифровали по движениям глаз

Нейробиологи из США измерили у мышей активность нейронов переднедорсального ядра таламуса, участвующих в контроле положения головы, и сопоставили их с движениями глаз во время бодрствования, а потом и во сне. Оказалось, что электрическая активность и движения глаз у спящих и активных животных практически идентичны, и по движениям глаз можно расшифровать то, как мышам снится, что они двигают головой. Статья опубликована в журнале Science.

У мышей, как у большинства млекопитающих, есть фаза сна с быстрыми движениями глаз (ее также называют быстрым сном или REM-сном), которая занимает около 10 процентов времени сна. В аналогичную фазу человек видит сновидения. Но если человека можно спросить о содержании сна, с мышью так не получится.

Можно попытаться трактовать характер сновидений по движениям во сне — в первую очередь, по движениям глаз. Но тут начинаются сложности: из самого по себе движения глаз не следует, что человеку снится, как он смотрит в разные стороны или куда-то идет. Известно, что движения глаз в REM-фазу есть даже у слепых с рождения людей. Исследования на зрячих демонстрируют, что связь между содержанием снов и движениями глаз довольно слаба, и словесные описания сходятся с электроокулографией только при очень простом содержании снов.

Юта Сэндзаи и Массимо Скандзани (Yuta Senzai, Massimo Scanziani) из Университета Калифорнии в Сан-Франциско попытались ответить на вопрос: можно ли по движению глаз в быструю фазу сна предсказать то, как мышь воспринимает свое движение, и понять таким образом, куда она бежит в своем сновидении?

Для этого они взяли шесть мышей и попытались связать у них воедино движения глаз и электрофизиологические данные. В переднедорсальное ядро таламуса, где расположена одна из групп нейронов, управляющих движением головы (разные нейроны активируются при разных углах ее поворота), имплантировали электрод для длительной регистрации активности (до публикации было известно о том, что нейрона контроля направления головы активны у грызунов во время сна, но эти данные не интерпретировали сквозь призму сновидений). В совокупности удалось записать активность 72 нейронов, связанных с движениями головы вправо-влево.

Для начала нужно было разобраться, как согласованы движения головы и глаз и активность таламуса во время бодрствования при движении. Для этого с помощью айтрекеров, смонтированных на голове животных, регистрировали положение глаз и их движения, а камера, висящая сверху, фиксировала положение и повороты головы по оси «вправо-влево» во время движения в открытом поле. Закономерно оказалось, что движения головы и глаз сонаправлены более чем в 95 процентах случаев: сначала двигаются глаза, потом туда же поворачивается голова. Собрав воедино данные активности нейронов переднедорсального ядра таламуса и движения головы мыши, авторы обучили алгоритм предсказывать угол поворота головы по активности нейронов, а потом показали, что направление саккадоподобных движений глаз коррелирует с предсказаниями алгоритма (r = 0,79, p < 10^-6).

Поскольку во время сна мыши не всегда закрывают глаза, ученым удалось записать движения глаз в REM-фазу. По своему характеру они оказались близки к саккадам, записанным во время бодрствования животных, но были более частыми и мелкоразмашистыми. За основным движением глаза следовало корректирующее в противоположную сторону (примерно на треть от угла основного поворота). Такие движения мыши (и люди) обычно совершают после поворота головы или при слежении за быстро движущимся предметом (наподобие оптокинетического нистагма). Активность нейронов таламуса во сне и при бодрствовании была сопоставима.

Сопоставление записей во время сна показало, что движение глаз при быстром сне позволяет предсказать изменения активности нейронов таламуса точно также, как и при бодрствовании, и не только узнать направление поворота головы, но и его угол: чем больше была саккада, тем выше активность нейронов, связанных с поворотом головы на соответствующий угол. Получается, что характер движений глаз в REM-фазу сна повторяет тот, который возникает во время бодрствования, вплоть до таких же корректирующих движений. Так, основываясь на движениях неспящего животного, видно, что мышь в данный момент во сне видит то, как она крутит головой в стороны. Такой подход может приблизить нас к пониманию восприятия мира животными.

Сны снятся не только млекопитающим, но и бородатым агамам, но нам еще предстоит узнать, что им снится. А вот узнать, что снится человеку, иногда можно и не прибегая к расспросам. Например, распознать злость во сне можно по ЭЭГ. Кроме того, или по богатству воображения можно предсказать, способен ли человек видеть яркие сновидения.

Сергей Задворьев